La principal línea de investigación del laboratorio donde se ha desarrollado esta tesis doctoral se centra en el estudio de los mecanismos moleculares de adaptación a ambientes extremos desde un enfoque astrobiológico. En este sentido, el objetivo inicial de este trabajo fue la búsqueda de nuevos mecanismos de resistencia a perclorato: un compuesto tóxico abundante en la superficie de Marte, pero que permitiría la presencia de ambientes hipersalinos aptos para algunas formas de vida (1, 2). Por un lado, se identificaron mediante metagenómica funcional nueve genes de resistencia a perclorato procedentes de microorganismos de un lago hipersalino del Desierto de Atacama (Chile), región con altos niveles de perclorato. Por otra parte, se analizó la respuesta transcripcional a perclorato de Haloferax volcanii, arquea halófila extrema con una gran tolerancia a dicho compuesto (3). En base a éstos y a otros trabajos previos, se observó que ciertas modificaciones del ARN de transferencia (ARNt) participaban en la resistencia a perclorato y otras condiciones de estrés, especialmente la queuosina (Q) (4). Dada la falta de información acerca de esta modificación, esta tesis doctoral se dirigió hacia el estudio del papel fisiológico de Q. Se sabe que Q controla la traducción de los codones NAU (5–10). En este sentido, se observó que Q regula especialmente la traducción de aquellos genes enriquecidos en dichos codones, denominados como “genes Q” y que, de este modo, regularía aquellos procesos celulares en los cuales los genes Q estén especialmente involucrados. En bacterias, Q modularía de manera general la formación de biopelículas o la virulencia, lo que representaría la identificación del primer mecanismo general de regulación de dichos procesos en bacterias tanto Gram-positivas como Gram-negativas. En eucariotas, se observó que la mayoría de los fenotipos dependientes de Q reportados hasta la fecha podrían deberse al control que ejerce Q en la traducción de los genes Q de cada especie, y se relacionan con proliferación, adhesión y otros procesos cruciales en cáncer y otras enfermedades. Por todo ello, se concluyó que Q, a través del control traduccional de los genes Q, regularía procesos celulares especialmente involucrados en multicelularidad, patogénesis o resistencia a estrés tanto en bacterias como en eucariotas. Finalmente, se ha propuesto a la modificación por arqueosina del ARNt como el mecanismo que podría ejercer el papel traduccional similar al de Q en arqueas, organismos que carecen de dicha modificación.
The main scope of the laboratory in which this PhD Thesis has been developed is focused on the study of molecular mechanisms of adaptation to extreme environments from an astrobiological approach. In this sense, the initial objective of this work was the search for new mechanisms of resistance to perchlorate: a toxic compound abundant on the Martian surface, but which would allow the presence of hypersaline environments suitable for some forms of life (1, 2). On one side, nine perchlorate resistance genes from microorganisms in a hypersaline lake in the Atacama Desert (Chile), a region with high levels of perchlorate, were identified using functional metagenomics. Additionally, the transcriptional response to perchlorate in Haloferax volcanii, an extreme halophilic archaeon with a high tolerance to perchlorate, was analysed (3). Based on these studies and previous work, certain transfer RNA (tRNA) modifications were found to be involved in resistance to perchlorate and other stress conditions, especially queuosine (Q) (4). Given the lack of information about this modification, this PhD Thesis was focused on the study of the physiological role of Q. It is known that Q controls the translation of NAU codons (5-10). In this sense, we observed that Q controls the translation of those genes enriched in NAU codons, called Q-genes and, therefore, it would regulate those cellular processes in which the Q-genes are particularly involved. In bacteria, Q generally modulates biofilm formation and virulence, which may represent the identification of the first general regulatory mechanism of these processes in both Gram-positive and Gram negative bacteria. In eukaryotes, it was observed that most of the Q-dependent phenotypes reported to date in different model species could be due to the translational control of Q genes exerted by Q, and are related to proliferation, adhesion and other crucial processes in cancer and other diseases. Therefore, it was concluded that Q would regulate cellular processes especially involved in multicellularity, pathogenesis or stress resistance in both bacteria and eukaryotes through the translational control of Q-genes. Finally, tRNA archaeosine modification has been proposed as the mechanism that may exert a translation role similar to Q in archaea, organisms that lack such modification.
